DE1209753B - Process for the production of polymeric organic boron-nitrogen compounds - Google Patents
Process for the production of polymeric organic boron-nitrogen compoundsInfo
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Description
Verfahren zur Herstellung polymerer organischer Bor-Stickstoff-Verbindungen Gegenstand der Erfindung ist ein Verfahren zur Herstellung polymerer organischer Bor-Stickstoff-Verbindungen, das dadurch gekennzeichnet ist, daß man Borazane der allgemeinen Formel R + BH3 in der R ein tertiäres aliphatisches, cycloaliphatisches oder aromatisches Amin oder ein gemischt aliphatischcycloaliphatisch-aromatisches Amin oder eine heterocyclische Stickstoffbase bedeutet, mit Nitrilen der allgemeinen Formel R1-(CN)n odel- Gemischen aus diesen Nitrilen, in der R1 einen Kohlenwasserstoffrest und n eine ganze Zahl von mindestens 1 bedeutet, gegebenenfalls in einem gegenüber den Reaktionspartnern inerten Lösungs- oder Suspensionsmittel, bei Temperaturen oberhalb 100"C umsetzt.Process for the production of polymeric organic boron-nitrogen compounds The invention relates to a process for the production of polymeric organic Boron-nitrogen compounds, which is characterized in that one borazane the general formula R + BH3 in which R is a tertiary aliphatic, cycloaliphatic or aromatic amine or a mixed aliphatic cycloaliphatic-aromatic Amine or a heterocyclic nitrogen base means, with nitriles of the general Formula R1- (CN) n odel mixtures of these nitriles in which R1 is a hydrocarbon radical and n is an integer of at least 1, optionally in one opposite Solvents or suspending agents inert to the reactants, at temperatures above 100 "C converts.
Unter Abspaltung der Aminkomponente des Borazans werden hierbei hochmolekulare organische Bor-Stickstoff-Verbindungen erhalten, die beispielsweise Molekulargewichte von 500 und mehr besitzen. With elimination of the amine component of the borazane, high molecular weight organic boron-nitrogen compounds obtained, for example, molecular weights of 500 and more.
Bevorzugt setzt man je Mol Nitrilgruppe 1 Mol Borazan ein. Preference is given to using 1 mole of borazane per mole of nitrile group.
Erfindungsgemäß erhält nian Harze, Pasten oder Öle, die eine erstaunliche Beständigkeit aufweisen und daher als Schmiermittel, Schmiermittelzusätze und Ausgangsprodukte bei der Herstellung von Neutronenabsorbierenden Stoffen eingesetzt werden können. According to the invention, nian resins, pastes or oils have an amazing effect Have resistance and therefore as lubricants, lubricant additives and starting products can be used in the production of neutron absorbing materials.
Reaktionen zwischen Nitrilen und Borverbindungen sind an sich bekannt. So erhält man aus Acetonitril und Diboran einen instabilen Komplex der empirischen Formel CH3CN-BHa (Schlesinger, Burg, Chem. Rev., 31, S. 1 [1942]). Es wurde auch eine Reaktion zwischen Acetonitril und Bortrifluorid beobachtet, wobei ebenfalls ein Komplex der Formel CH3CN BF3 resultierte (Hoard, Owen, Buzz e 1, S a 1 m o n, Acta Cryst., 3, S. 121 [1950]). Auch ist es bekannt, aus aliphatischen Nitrilen und Diboran Borazole herzustellen (USA.-Patentschrift 3 008 988). Reactions between nitriles and boron compounds are known per se. Thus an unstable complex of the empirical is obtained from acetonitrile and diborane Formula CH3CN-BHa (Schlesinger, Burg, Chem. Rev., 31, p. 1 [1942]). It was too a reaction between acetonitrile and boron trifluoride was observed, also being a complex of the formula CH3CN BF3 resulted (Hoard, Owen, Buzz e 1, S a 1 m o n, Acta Cryst., 3, p. 121 [1950]). It is also known from aliphatic nitriles and diborane borazole (U.S. Patent 3,008,988).
Nach den bekannten Verfahren wurden jedoch keine Polymeren erhalten.However, no polymers were obtained by the known methods.
Bei dem erfindungsgemäßen Verfahren werden, ihrer leichten Zugänglichkeit wegen, bevorzugt eingesetzt: N-Trimethyl-borazan, N-Triäthyl-borazan, N - Tripropyl - borazan, N- Diäthyl - N - butyl - borazan, N - Dimethyl - N - cyclohexyl - borazan, N - Dimethyl -N-phenyl-borazan oder Pyridin-boran. In the method according to the invention, their easy accessibility because of, preferably used: N-trimethyl-borazane, N-triethyl-borazane, N-tripropyl - borazan, N- diethyl - N - butyl - borazan, N - dimethyl - N - cyclohexyl - borazan, N - dimethyl -N-phenyl-borazane or pyridine-borane.
Als Beispiele für die Mononitrile seien genannt: Acetonitril, Propionitril, Butyronitril, die Nitrile der Octan-, Dodecan- und Hexancarbonsäure, gegebenenfalls kernsubstituierte Hexahydrobenzoesäurenitrile, gegebenenfalls kernsubstituierte Benzonitrile, z. B. Examples of mononitriles are: acetonitrile, propionitrile, Butyronitrile, the nitriles of octanoic, dodecanoic and hexanoic acid, if appropriate ring-substituted hexahydrobenzoic acid nitriles, optionally ring-substituted ones Benzonitriles, e.g. B.
Benzonitril, und gegebenenfalls kernsubstituierte Naphthonitrile.Benzonitrile, and optionally ring-substituted naphthonitriles.
Beispiele für Verbindungen mit mehreren Nitrilgruppen im Molekül sind: Malonsäuredinitril, Glutarsäuredinitril, Adipinsäuredinitril, Cyanoform und 1,1,3,3-Tetracyanpropan. Examples of compounds with several nitrile groups in the molecule are: Malonsäuredinitril, Glutarsäuredinitril, Adipinsäuredinitril, Cyanoform and 1,1,3,3-tetracyano propane.
Der eine oder mehrere Nitrilgruppen tragende Kohlenwasserstoffrest kann gesättigt oder aromatisch, olefinisch oder acetylenisch ungesättigt sein. Setzt man olefinisch oder acetylenisch ungesättigte Verbindungen, wie z. B. 1,4-Dicyan-buten-(2) oder 1,1,2,2-Tetracyanäthylen, ein, so findet neben der Reaktion des Borazans mit der Nitrilgruppe unter den Bedingungen des erfindungsgemäßen Verfahrens meist noch eine Hydroborierung der Doppel- oder Dreifachbindung statt, die häufig zu einer zusätzlichen Vernetzung der polymeren Bor-Stickstoff-Verbindung führt. The hydrocarbon radical carrying one or more nitrile groups can be saturated or aromatic, olefinically or acetylenically unsaturated. Puts one olefinically or acetylenically unsaturated compounds, such as. B. 1,4-dicyano-butene (2) or 1,1,2,2-tetracyanoethylene, takes place in addition to the reaction of borazane with the nitrile group under the conditions of the process according to the invention mostly still a hydroboration of the double or triple bond takes place, which often leads to a leads to additional crosslinking of the polymeric boron-nitrogen compound.
Erfindungsgemäß arbeitet man bei Temperaturen oberhalb 100"C, wobei man bei Normaldruck, unter Fremdgasdruck (z. B. unter Stickstoffdruck) oder aber unter dem Wasserstoffdruck, der durch den bei der Umsetzung abgespaltenen Wasserstoff bedingt ist, arbeiten kann. According to the invention, temperatures above 100 ° C. are used, with one at normal pressure, under foreign gas pressure (e.g. under nitrogen pressure) or else under the hydrogen pressure caused by the hydrogen split off during the reaction is conditional, can work.
Die Eigenschaften der nach dem erfindungsgemäßen Verfahren hergestellten borhaltigen Polymeren können ferner weitgehend dadurch beeinflußt werden, daß man bei der Herstellung in bestimmter Weise vorgeht, z. B. The properties of those produced by the process of the invention Boron-containing polymers can also be largely influenced by the fact that man proceeds in a certain way during manufacture, e.g. B.
1. die Nitril- und die Borazankomponente vermischt und anschließend bei Normaldruck oder unter Druck auf die Reaktionstemperatur erhitzt oder 2. eines der Ausgangsprodukte auf die Reaktionstemperatur erhitzt und dann die andere Komponente z. B. über einen Tropftrichter oder bei Arbeiten unter Druck z. B. mit Hilfe einer Dosierpumpe zuführt, oder 3. die Umsetzung sowohl in den unter 1 als auch unter 2 genannten Ausführungsformen in einem inerten Lösungs- oder Suspensionsmittel durchführt. Hierfür können beispielsweise Benzol, Toluol und Xylol Verwendung finden. 1. the nitrile and borazane components mixed and then heated to the reaction temperature at normal pressure or under pressure or 2. one the starting products are heated to the reaction temperature and then the other component z. B. via a dropping funnel or when working under pressure z. B. with the help of a Dosing pump feeds, or 3. the implementation in both 1 and under 2 mentioned embodiments carried out in an inert solvent or suspension medium. Benzene, toluene and xylene, for example, can be used for this purpose.
Beispiel 1 In einem mit Rührer, eintauchendem Thermometer, Tropftrichter und absteigendem Kühler versehenen Rundkolben legt man 115 g (1 Mol) N-Triäthyl-borazan, gelöst in 500 ml 1,2,4-Trimethylbenzo1, vor, erwärmt dieses Gemisch auf etwa 145 0C und tropft dann innerhalb von etwa 45 Minuten 117 g (1 Mol) Benzylcyanid ein. Dabei verfärbt sich der Kolbeninhalt unter Wasserstoffentwicklung über Grün, Orangefarben, Hellrot schließlich intensivrot. Man erwärmt 90 Minuten auf Sumpftemperaturen von etwa 1600C, destilliert dabei das abgestaltene Triäthylamin und schließlich im Vakuum das als Lösungsmittel verwendete 1,2,4-Trimethylbenzol ab. Nach Trocknen im Vakuum erhält man 132 g eines intensivgelbgefärbten, in Benzol, CS2 und CCl4 löslichen Harzes, das 6,9 01o Bor, 9,8 0/o Stickstoff und 0,02°/o aktiven Wasserstoff (gasvolumetrisch durch Hydrolyse mit halbkonzentrierter warmer Schwefelsäure ermittelt) enthält. Das ebullioskopisch in Benzol bestimmte Molekulargewicht beträgt 1500 A 100; der Schmelzpunkt liegt bei etwa 165"C. Example 1 In a stirrer, immersed thermometer, dropping funnel and a descending condenser, one puts 115 g (1 mol) of N-triethyl-borazane, dissolved in 500 ml of 1,2,4-trimethylbenzo1, pre-heated this mixture to about 145 0C and then drop in 117 g (1 mol) of benzyl cyanide within about 45 minutes. The contents of the flask change color to green, orange, Bright red finally intense red. One warms up 90 minutes at sump temperatures of about 1600C, the eliminated triethylamine is distilled and finally in a vacuum the 1,2,4-trimethylbenzene used as a solvent. After drying in vacuo 132 g of an intensely yellow-colored, soluble in benzene, CS2 and CCl4 are obtained Resin, the 6.9 01o boron, 9.8% nitrogen and 0.02% active hydrogen (gas volumetric determined by hydrolysis with half-concentrated warm sulfuric acid). The molecular weight determined ebullioscopy in benzene is 1500 A 100; the Melting point is around 165 "C.
Beispiel 2 In einem 0,8 1 fassenden, mit Stickstoff ausgespülten
Rührautoklav erhitzt man ein aus 230g (2 Mol) N-Triäthyl-borazan und 234 g (2 Mol)
Benzylcyanid bestehendes Gemisch 3,5 Stunden auf 160 bis 1700C, wobei sich ein Druck
von 100 at einstellt. Nach Abkühlen auf Raumtemperatur beträgt der Enddruck 24 at.
Man bläst den praktisch reinen Wasserstoff (gaschromatographisch identifiziert)
ab, überführt den Autoklavinhalt in einen Rundkolben, destilliert das aus dem N-Triäthyl-borazan
abgespaltene Triäthylamin, ab trocknet den Rückstand im Vakuum und erhält 250g eines
gelb gefärbten, in Benzol, Tetrachlorkohlenstoff, Schwefelkohlenstoff, Dioxan und
Tetrahydrofuran löslichen Harzes, das 7,9 01o Bor, 10,25 01o Stickstoff und 0,02
0/o aktiven Wasserstoff
Beispiel 3 In einem 0,8-l-Autoklav werden 173 g (1,5 Mol) N-Triäthyl-borazan und 176 g (1,5 Mol) Benzylcyanid, vermischt mit 200 ml Benzol, 1 Stunde auf 165 bis 170°C unter Rühren erwärmt. Das Reaktionsprodukt wird, wie in den vorigen Beispielen beschrieben, aufgearbeitet. Man erhält 192 g eines gelben, in z. B. Example 3 173 g (1.5 mol) of N-triethyl borazane are added to a 0.8 liter autoclave and 176 g (1.5 moles) of benzyl cyanide mixed with 200 ml of benzene for 1 hour to 165 heated to 170 ° C with stirring. The reaction product is as in the previous examples described, worked up. One receives 192 g of a yellow, in z. B.
Benzol und Tetrahydrofuran löslichen Harzes, das 7,3 0/0 Bor und 0,11% aktiven Wasserstoff enthält.Benzene and tetrahydrofuran soluble resin containing 7.3% boron and 0.11% contains active hydrogen.
Das ebullioskopisch in Benzol ermittelte Molekulargewicht beträgt 2000 i 100; der Schmelzpunkt des Harzes liegt bei etwa 175°C.The molecular weight determined ebullioscopy in benzene is 2000 i 100; the melting point of the resin is around 175 ° C.
Beispiel 4 In einem mit Stickstoff ausgespülten 2,7-1-Autoklav werden 403 g (3,5 Mol) N-Triäthyl-borazan auf 180°C erwärmt, innerhalb einer Stunde 410g (3,5 Mol) Benzylcyanid mit Hilfe einer Dosierpumpe gleichmäßig in den Autoklav eingepumpt und dann das Reaktionsgemisch eine weitere Stunde auf 2000 C erhitzt. Es stellt sich ein Druck von 79 at ein. Nach Abkühlen auf Raumtemperatur beträgt der Enddruck 20 at. Das Reaktionsprodukt wird wie beschrieben aufgearbeitet und 445 g eines orangefarbenen Harzes mit 7,6% Bor und 0,070/0 aktiven Wasserstoff er- halten. Das Molekulargewicht, ebullioskopisch in Benzol bestimmt, beträgt 6000 # 1000. Die Substanz färbt sich in geschlossenem Rohr bei Temperaturen von 260°Chellbraun; bis 600° C konnte kein Schmelzen oder Sintern beobachtet werden. Example 4 In a 2.7-1 autoclave flushed with nitrogen 403 g (3.5 mol) of N-triethyl borazane heated to 180 ° C., 410 g within one hour (3.5 mol) benzyl cyanide is pumped evenly into the autoclave with the aid of a metering pump and then the reaction mixture is heated to 2000 ° C. for a further hour. It puts a pressure of 79 at. After cooling to room temperature, the final pressure is 20 at. The reaction product is worked up as described and 445 g of an orange Resin with 7.6% boron and 0.070 / 0 active hydrogen keep. The molecular weight, Determined ebullioscopically in benzene is 6000-1000. The substance changes color in a closed tube at temperatures of 260 ° light brown; up to 600 ° C could not Melting or sintering can be observed.
Beispiel 5 In einem 0,8-l-Rührautoklav wird ein aus 21 g (0,2 Mol) Benzonitril, 211 g (1,8 Mol) Benzylcyanid und 230g (2Mol) N-Triäthylborazan bestehendes Gemisch 1,5 Stunden auf 200°C erhitzt, wobei sich ein Druck von 130 at einstellt. Aus dem Reaktionsprodukt erhält man 230 g eines gelben, in Benzol löslichen Harzes mit 7,8% Bor und 0,070/0 aktiven Wasserstoff. Das osmotisch in Benzol ermittelte Molekulargewicht lieferte Werte von 874 und 851; der Schmelzpunkt liegt bei etwa 184°C. Example 5 In a 0.8 l stirred autoclave, a mixture of 21 g (0.2 mol) Benzonitrile, 211 g (1.8 mol) of benzyl cyanide and 230 g (2 mol) of N-triethylborazane The mixture was heated to 200 ° C. for 1.5 hours, a pressure of 130 atm being established. 230 g of a yellow resin which is soluble in benzene are obtained from the reaction product with 7.8% boron and 0.070 / 0 active hydrogen. That determined osmotically in benzene Molecular weight gave values of 874 and 851; the melting point is around 184 ° C.
Eine Reihe weiterer Nitrile wurde in einem 0,8-1-Autoklav mit N-Triäthyl-borazan analog den Beispielen 3 und 5 umgesetzt. Die eingesetzten Mengen, die Reaktionsbedingungen und die Eigenschaften der erhaltenen polymeren Bor-Stickstoff-Verbindungen sind in der folgenden Tabelle zusammengefaßt. A number of other nitriles were in a 0.8-1 autoclave with N-triethyl-borazane implemented analogously to Examples 3 and 5. The quantities used, the reaction conditions and the properties of the polymeric boron-nitrogen compounds obtained are summarized in the following table.
Hierbei bedeutet 0/o Ha = Prozentgehalt an aktivem Wasserstoff (direkt
an Bor gebundener hydridischer Wasserstoff), durch Hydrolyse mit warmer, halbkonzentrierter
Schwefelsäure gasvolumetrisch bestimmt.
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